Hallo Physiker,
Meine Frage bezieht sich auf die Begrenzung der Zugfestigkeit durch atomare Kräfte.
Sehr guter CrNiMo-Stahl hat etwa 1 GPa Zugfestigkeit. Bei Kohlenstoffnanoröhrchen habe ich gelesen 30 GPa
Nun muss doch diese Festigkeit ihre Ursache in der Festigkeit der Elektronenbindung haben, oder?
Weiß jemand, welche maximale Festigkeit durch die atomaren Kräfte entstehen kann?
Ich bitte auch um Vermutungen und qualitative Überlegungen. Danke im voraus.
Herzliche Grüße aus München, Hypatia
Hallo Hypatia,
Ja - es wirkt zum einen die Bindung zwischen den Atomen und zum anderen
wirken auch die interatomaren Anziehungskräfte (van der Waalskräfte).
extrem dünne Körper haben auch deutlich weniger Stöstellen im Gitter und
weisen dementsprechend eine deutlich höhere Zugfestigkeit auf.
Das ist auch an sehr dünnen Glasfaserfäden festzustellen.
Viele Grüße
Hagen
Hallihallo,
Ich würde sagen, das die maximale Zugfestigkeit auch von der Struktur abhängig ist.
Eine einfache Überlegung dazu:
Die Struktur von flüssigen Wasser ist ziemlich lose und ungeordnet.
Und wie man leicht durch versuchen feststellen kann, ist flüssiges Wasser ziemlich zug-unfest 
Ordne ich das Wasser aber wie ein Kristall an und sorge dafür, das diese Ordnung beibehalten wird, dann ist auch die Zugfestigkeit gleich höher. Zum Beispiel bei Eis 
Ähnliche Überlegungen kann man nun auch für Nanostrukturen anstellen.
Nehmen wir einen handelsüblichen Buckytube als Beispiel. *gg*
http://www.cnanotech.com/images/gallery/longcap.JPG
Die Kohlenstoffatome sind schön geordnet und aufgereiht.
Zum einen, haben wir so eine Struktur, die nach „vorne“ sehr viele Verbindungen hat, aber auch zur „Seite“.
Dadurch sind zum einen die Bindungen der einzelnen „Ringe“ untereinander sehr stark, zum andern lässt sich das Ding sehr gut langziehen.
Würde man nun eine in ihren Dimensionen gleiche Stahlstruktur daneben legen, würde diese viel eher reißen, da sie zum einen viel Steifen und zum anderen viel ungeordneter ist.
Um nun eine maximale Festigkeit zu berechnen…
Brächte man wohl eine solche Nanostruktur und dazu ein Material, bei dem die Bindungen innerhalb einer Struktur besonder stark sind.
Und soweit ich weiss, ist ein Buckytube eigentlich schon das vorstellbare Optimum.
Berechnen kann ichs leider noch nicht, das gibts erst ein paar Semester später.
So, ich hoffe mal das war halbwegs verständlich *gg*
Grüße, Goms
Hallo Goms,
herzlichen Dank für die Antworten, Deine Argumente leuchten mir ein.
Inzwischen habe ich gesehen, dass man Diamant eine Härte von 100GPa zumisst.
So wie ich Dich verstanden habe, kann man eine Zugfestigkeit, die mehrere Größenordnungen über der der Kohlenstoffnanoröhrchen liegt, ausschließen?
Dann wären die Träume von einem geostationären Satelliten, der an einem 40000km langen Seil hängt, an dem man mit einem Aufzug rauffahren kann, wohl zu vergessen, oder?
Grüße aus München, Hypatia
Hi,
Wie gesagt, ich meine das Buckytubes das „härteste“ sein sollten.
Habe das zumindest in einem Vorttrag mal so verstanden.
Allerdings: die Dinger wiegen nicht viel und lassen sich natürlich auch zu Seilen „verknoten“, nehme ich an.
Wäre viel Aufwand, aber wohl möglich.
In so fern könnte das doch noch was werden, wenn mans richtig anstellt *gg*
Die Vision gilt zumindest allgemein als umsetzbar.
Grüße, Goms
